Celulozo estas kompleksa polisakarido kunmetita de multaj glukozaj unuoj ligitaj per β-1,4-glikozidaj ligoj. Ĝi estas la ĉefa komponanto de plantĉelaj muroj kaj donas al plantĉelaj muroj fortan strukturan subtenon kaj fortikecon. Pro la longa celuloza molekula ĉeno kaj alta kristaleco, ĝi havas fortan stabilecon kaj nesolveblecon.
(1) Propraĵoj de celulozo kaj malfacileco en dissolviĝo
Celulozo havas la jenajn trajtojn, kiuj malfaciligas solvi ĝin:
Alta kristaleco: La celulozaj molekulaj ĉenoj formas mallozan kradan strukturon tra hidrogenaj ligoj kaj van der Waals-fortoj.
Alta grado de polimerigo: La grado de polimerigo (t.e. la longo de la molekula ĉeno) de celulozo estas alta, kutime intervalante de centoj ĝis miloj da glukozaj unuoj, kio pliigas la stabilecon de la molekulo.
Hidrogenliga reto: Hidrogenaj ligoj ĉeestas vaste inter kaj ene de celulozaj molekulaj ĉenoj, malfaciligante esti detruitaj kaj dissolvitaj per ĝeneralaj solviloj.
(2) Reakciiloj, kiuj solvas celulozon
Nuntempe, la konataj reakciiloj, kiuj povas efike solvi celulozon, ĉefe inkluzivas la jenajn kategoriojn:
1. Jonaj Likvaĵoj
Jonaj likvaĵoj estas likvaĵoj kunmetitaj de organikaj katjonoj kaj organikaj aŭ neorganikaj anjonoj, kutime kun malalta volatilo, alta termika stabileco kaj alta alĝustigebleco. Iuj jonaj likvaĵoj povas solvi celulozon, kaj la ĉefa mekanismo estas rompi la hidrogenajn ligojn inter celulozaj molekulaj ĉenoj. Oftaj jonaj likvaĵoj kiuj solvas celulozon inkluzivas:
1-Butil-3-metilimidazolio-klorido ([BMIM] Cl): Ĉi tiu jona likvaĵo solvas celulozon per interagado kun hidrogenaj ligoj en celulozo per hidrogenaj ligo-akceptantoj.
1-Etil-3-metilimidazolia acetato ([EMIM][Ac]): Ĉi tiu jona likvaĵo povas solvi altajn koncentriĝojn de celulozo sub relative mildaj kondiĉoj.
2. Amina oxidanto solvo
Amina oxidantsolvo kiel miksita solvaĵo de dietilamino (DEA) kaj kupra klorido nomiĝas [Cu(II)-amonia solvaĵo], kiu estas forta solventa sistemo, kiu povas solvi celulozon. Ĝi detruas la kristalan strukturon de celulozo per oksigenado kaj hidrogena ligo, igante la celulozan molekulan ĉenon pli mola kaj pli solvebla.
3. Litio-klorido-dimetilacetamida (LiCl-DMAc) sistemo
La sistemo LiCl-DMAc (litio-klorido-dimetilacetamido) estas unu el la klasikaj metodoj por solvi celulozon. LiCl povas formi konkuradon pri hidrogenaj ligoj, tiel detruante la hidrogenan ligan reton inter celulozomolekuloj, dum DMAc kiel solvilo povas interagi bone kun la celuloza molekula ĉeno.
4. Klorida acido/zinka klorida solvo
La klorida acido/zinklorida solvaĵo estas frue malkovrita reakciilo kiu povas solvi celulozon. Ĝi povas solvi celulozon formante kunordigan efikon inter zinka klorido kaj celulozaj molekulaj ĉenoj, kaj klorida acido detruanta la hidrogenajn ligojn inter celulozaj molekuloj. Tamen, ĉi tiu solvo estas tre koroda al ekipaĵo kaj estas limigita en praktikaj aplikoj.
5. Fibrinolitaj enzimoj
Fibrinolizaj enzimoj (kiel ekzemple celulazoj) solvas celulozon katalizante la putriĝon de celulozo en pli malgrandajn oligosakaridojn kaj monosakaridojn. Ĉi tiu metodo havas ampleksan gamon de aplikoj en la kampoj de biodegradiĝo kaj biomasa konvertiĝo, kvankam ĝia dissolvprocezo ne estas tute kemia dissolvo, sed estas atingita per biokatalizo.
(3) Mekanismo de celuloza dissolvo
Malsamaj reakciiloj havas malsamajn mekanismojn por dissolvi celulozon, sed ĝenerale ili povas esti atribuitaj al du ĉefaj mekanismoj:
Detruo de hidrogenaj ligoj: Detruante la hidrogenajn ligojn inter celulozaj molekulaj ĉenoj per konkurenciva hidrogena ligo aŭ jona interago, igante ĝin solvebla.
Rilakso de molekula ĉeno: Pliigante la molecon de celulozaj molekulaj ĉenoj kaj reduktante la kristalecon de molekulaj ĉenoj per fizikaj aŭ kemiaj rimedoj, por ke ili povu esti solvita en solviloj.
(4) Praktikaj aplikoj de celuloza dissolvo
Celuloza dissolvo havas gravajn aplikojn en multaj kampoj:
Preparado de celulozaj derivaĵoj: Post dissolvo de celulozo, ĝi povas esti plu kemie modifita por prepari celulozajn eterojn, celulozajn esterojn kaj aliajn derivaĵojn, kiuj estas vaste uzataj en manĝaĵo, medicino, tegaĵoj kaj aliaj kampoj.
Celuloz-bazitaj materialoj: Uzante dissolvitan celulozon, celulozaj nanofibroj, celulozaj membranoj kaj aliaj materialoj povas esti preparitaj. Ĉi tiuj materialoj havas bonajn mekanikajn ecojn kaj biokongruecon.
Biomasa energio: Solvante kaj degradante celulozon, ĝi povas esti konvertita en fermenteblajn sukerojn por la produktado de biokarburaĵoj kiel bioetanolo, kiu helpas atingi la disvolviĝon kaj utiligon de renovigebla energio.
Celuloza dissolvo estas kompleksa procezo implikanta multoblajn kemiajn kaj fizikajn mekanismojn. Jonaj likvaĵoj, aminooksidantsolvoj, LiCl-DMAc-sistemoj, klorida acido/zinkloridaj solvaĵoj kaj celolizaj enzimoj estas nuntempe konataj kiel efikaj agentoj por dissolvi celulozon. Ĉiu agento havas sian propran unikan dissolvmekanismon kaj aplikan kampon. Kun la profunda studo de la celuloza dissolvmekanismo, oni kredas, ke pli efikaj kaj ekologiemaj dissolvaj metodoj estos evoluigitaj, disponigante pli da eblecoj por la utiligo kaj disvolviĝo de celulozo.
Afiŝtempo: Jul-09-2024